Урок по темата физика на частиците. Методическо развитие на урока „три етапа в развитието на физиката на елементарните частици“. Атомна и ядрена физика

Каптелова Н.В., учител по физика, МОУ „Гимназия No 79“, Барнаул, Алтайски край

11 клас

Урок по темата "Елементарни частици" (2 часа).

Академичен предмет - физика

Ниво - основно

Профил на класа - хуманитарен

Използван текст-§ 64 "Елементарни частици" (Мансуров А.Н., Мансуров Н.А., учебник "Физика-10-11" за хуманитарни училища)

Технология „Развитие на критичното мислене чрез четене и писане“ (RCMCHP)

Тип на урока: работа с информационен текст

Цели:

дидактически - чрез непрякото изучаване на текста да се формира система от научни знания за елементарни частици у учениците

развиващи се - да развиват у учениците методи за ефективна обработка на образователна информация, да продължат формирането на метод за независимо учене, познавателни и комуникативни компетентности

образователна - да продължи формирането на доверие у учениците в собствените им познавателни способности, диалектико -материалистичен мироглед

методически - да се създадат условия студентите да овладеят метода на самостоятелно обучение, базиран на технологията на RCMCHP

Очакван резултат:

усвояване от студенти на система от научни знания за елементарни частици и представянето й под формата на клъстер;

получаване и разбиране от всеки ученик на собствения им опит на независима познавателна дейност, основан на работа с текста чрез индивидуални, двойки, групи, колективни форми на работа (технология RKMCHP).

Забележка: Клъстер - графичен метод, който ви позволява да представяте информация в структурирана и систематизирана форма, да идентифицирате ключовите думи на темата. Клъстерът е графична диаграма, състояща се от овали. В центъра на клъстера, в основния овал, е основният проблем, тема, идея. В овалите на следващото ниво - класифициране на признаци или основания за систематизация, в овалите на трето ниво - допълнително детайлизиране и т.н. Клъстерите могат да бъдат много обширни, така че винаги трябва да избирате нивото на детайлност, на което можете да се спрете. С помощта на клъстери големи количества информация могат да бъдат представени систематично.

Клъстерът съдържа ключови думи, ключови идеи, посочващи логически връзки между текстови теми. Връзките придават цялостност и яснота на картината.

Клъстерът (както всички графични схеми) е модел на изучаваната тема, позволява ви да видите цялата тема, „от птичи поглед“. Мотивацията се увеличава с идеите по темата се възприемат по -лесно. Човек винаги се нуждае от графични изображения. Мозъкът запомня моделите. Представянето на информация от учениците под формата на клъстер допринася за нейната творческа обработка, следователно осигурява усвояването на информацията на ниво разбиране. Клъстерите (подобно на други схеми) ви позволяват да „дръпнете“ мисленето си, да го направите по -гъвкаво, да се отървете от стереотипите и да превърнете догматичното мислене в критично мислене.

Важно е също така, че изграждането на клъстери ни позволява да идентифицираме система от ключови думи, които могат да се използват за търсене в Интернет, както и да определим основните насоки на студентските изследвания, избора на теми за образователни проекти.

Домашна работа (извънкласна работа):

1.§ 65 (независимо според технологията на RKMCHP)

2. Клъстери, направени с ИКТ

(2 и 3 по избор)

Сценарий на урока.

Повикване.

Етапни цели:

Насърчаване за работа с нова информация, събуждане на интереса към темата

- предизвикателство „на повърхността“ на съществуващите знания по темата

- безконфликтна размяна на мнения

„Въпроси за подсказване“

"Клъстер"

2. На учениците се предлагат въпроси за размисъл и дискусия:

Достъп до логическата верига: природа-тяло-вещество-молекула-атом-ядро-нуклони (протон, неутрон) -електрон.

Спомнете си какви елементарни частици знаете? Мислете за това като за клъстер.

(Протон, неутрон, електрон, фотон, π-мезон)

Учениците работят индивидуално в тетрадки, след това по двойкиспоред техните предложения учителят изготвя клъстер на дъската. Един от клъстера, предложен от учениците:

Може ли толкова много от тях да претендират, че са „първите тухли на Вселената“, наистина елементарни частици?

Разбиране

Етапни цели:

Придобиване на нови знания

Овладяване на различни видове четене: въвеждащо, изучаване, усвояване, търсене, методи за разбиране на информационен текст

Развитие на аналитични, дискусионни, комуникационни умения

„Система INS.E.R.T.“

"Клъстер"

„Мисли сам / в двойка / в група“

Самостоятелна работа с текст

Възприемане на информацията. На този етап ученикът работи индивидуално("Мисля самостоятелно "). Уводно четене, получаване на обща представа за темата на текста.

Учете четене. Индивидуаленработа („Мислете сами“). Операции по смислово възприемане на текстови елементи, разбиране на думи, изречения, абзаци, изолиране на текстови теми (основни понятия, ключови думи, идеи), идентифициране на връзки (логически, причинно -следствени, пространствени, времеви и т.н.) текстови субекти. Разбиране на връзката между съдържанието на този текст и съдържанието на други изучавани текстове, интерпретация на този текст въз основа на тази връзка. Помага за разбиране на съдържанието на прилагането на текстова маркировка I.N.S.E.R.T.: (I .N .S .E .R .T. - „Интерактивна система за записване за подобрено четене и мислене“)

- "известен"

- - "противоречи на идеите"

+ - „интересно и неочаквано“

? - "Научете повече"

! - "важно"

Асимилативно четене. Тестване на разбирането на текста. Студенти по двойки(„Мислете по двойки“) кажете по твои собствени думивзаимно отговарят на въпроси към текста.

Обработка на информация. Индивидуаленработа („Мислете сами“). Разбиване на информацията на свързани части. Открояване на основанията за систематизиране и класифициране на получената информация.

Синтез на обработена информация. Индивидуаленработа („Мислете сами“). Групиране, комбиниране на информация, създаване на клъстер. Превод на получената информация „на друг език“: от езика на думите към езика на схемите, от словесния език към графичния.

Представяне и защита на отделни клъстери по двойки(„Мислете по двойки“), тогава в групи(„Мислете заедно“).

„Обратен превод“ на информация: от езика на схемите на езика на думите, от графичния език до словесния език и информацията се предава с вашите собствени думи. Обмен на идеи в дискусия или спор. Аргументиране, конструктивна критика, изясняване, ставазавършване на клъстера.

Отражение

Помислете за смисъла на преминатото;

Погледнете съдържанието на урока в светлината на вашия собствен житейски опит

„Връщане в клъстера“

„Изход от картата“

Представяне и защита на множество опции за групови клъстери пред класа, колективендискусия.

Прогнозен вариант на крайния клъстер:

2. Задание: Сравнете този клъстер с клъстера, предложен в началото на урока. (!!!)

Намерете място на него за електрона, протона, неутрона, фотона, π-мезона.

Направете заключение. ( Значително увеличаване на познанията за елементарните частици!)

3. (Обобщение и мотивация за по -нататъшна познавателна дейност). Нека се върнем към въпросите, с които започна урока. Намерихте ли отговори на тях? Какви въпроси останаха без отговор? Какви нови се появиха? Къде да търся отговори?

От какво е изграден околният свят?

Структурата на материята прилича ли на безкрайна серия от вложени кукли или процесът на делене се прекъсва, когато се намери неделима елементарна частица?

Кои са най -първичните фундаментални частици, от които са направени всички останали?

Природата има ли такова ниво на организация на материята, по -дълбоко, от което няма нищо?

Може ли такова число (повече от 400) да претендира, че е „първата тухла на Вселената“, наистина елементарни частици?

Как да се ориентираме в такова изобилие от елементарни частици?

Какви частици са наистина „елементарни“?

(Мислете сами / в двойка / група). Дискусия.

Индивидуална писмена работа (10 мин.) „Изходна карта“ - 1) най -важната идея на урока; 2) един въпрос по темата на урока 3) общ коментар към материала на урока

Направете самооценка на работата си в урока (доволен от себе си, не много, не щастлив, защо?).

IV. Домашна работа (извънкласна работа)

Да даде възможност на учениците да провеждат самостоятелна работа за задълбочаване на знанията, придобити по време на урока;

Практикувайте уменията за самостоятелна учебна дейност;

Развивайте креативността на учениците

1. Да изучава § 65 (независимо според технологията на RCMCHP)

2. Клъстери към § 65, направени с помощта на ИКТ

3. Творческа работа по интересуваща тематика.

(2 и 3 по избор)

Наблюдение на учениците показват, че изграждането на клъстери се възприема от тях като творческа работа, където е възможно да приложите собствената си визия за проблема, своя собствен подход, променливост, като означавасамореализация, самоутвърждаване.

Възможността за индивидуална, двойка, групова и колективна работа създава психологически комфорт на образователния процес. Включването на всеки ученик в три типа

дейност (мислене, писане, говорене) осигурява „вътрешна обработка на информация“. Тези фактори допринасят за усвояването на нов материал от учениците на ниво разбиране, разбиране и развиване на образователна и познавателна мотивация и активност в тях (особено сред тези ученици, които не се вписват добре в системата на традиционното, илюстративно и обяснително обучение ). И най -важното - те практическимайстор начин за независимо придобиване на нови знания, развиват функционална грамотност.

Горната технология за обучение, базирана на творческа обработка на текст, ви позволява да преподавате интересно, бързо, качественои дава на учениците чувство на удовлетворение.

Примери за изпълнение на клъстери по теми „Основни взаимодействия“ и „Фундаментални частици“:

Цел: Да разкаже на учениците за елементарните частици, техните основни свойства и класификации

По време на часовете

Нов материал (изнесена лекция)

Изследванията на структурата на атома и атомното ядро показват, че съставът на атома включва електрони, протони, неутрони. Беше обичайно тези частици да се наричат елементарни. Фотон (), позитрон (e +) и неутрино (v), които са най -пряко свързани с атома и ядрото, също започнаха да се наричат елементарни частици.

Според първоначалната концепция елементарните частици са най -простите частици, от които е изградено веществото (атомите) на съществуващия свят.

Елементарните частици първоначално бяха представени като нещо вечно, непроменено, неразрушимо, а образът на елементарна частица беше свързан с образа на пясъчно зърно или безструктурна малка топка.

В днешно време няма ясен критерий за елементарност. Понятието "елементарни частици" днес е много сложно.

Нека накратко изброим известните елементарни частици по реда на тяхното историческо откритие.

Методически бележки: По време на допълнителното обяснение учениците са поканени да попълнят следната таблица (Приложение 1)

Към какъв вид принадлежи	Име на частиците	Обозначаване	Година на откриване	Заредете q	Маса на частиците

Електронът е открит от J.J. Thomsan през 1897 г. Масите на други елементарни частици обикновено се изразяват чрез масата на електроните.

През 1900г. М. Планк и особено, през 19005г. А. Айнщайн показа, че светлината се състои от отделни части - фотони. Фотонът няма заряд, а масата му в покой = 0. Фотонът може да съществува само в процеса на движение със скоростта на светлината.

Експериментите на Ръдърфорд за разсейване на частици през 1911 г. Води до откриването на протона. Протонна маса = 1836 m e

Повечето физици бяха убедени, че най -накрая са успели да редуцират цялото разнообразие от химични елементи и вещества от природата до две най -прости същества: електрони и протони. Картината, нарисувана от физиците от онези години върху структурата на материята, вдъхна чувство за научна красота и грация. В периода от 1911г. До 1932г. Много учени бяха изпълнени с чувство на удовлетворение, че са успели да изпълнят вековната мечта за научни изследвания.

Въпреки това през 1928г. П. Дирак, а по -късно през 1932г. Андерсън открил такива частици, които получили името позитрони (e +)

Позитронът е първата елементарна частица, предсказана теоретично.

През 1932г. Д. Чадвиг открива неутрон с маса = 1838 m e

Неутронът в свободно състояние, за разлика от протона, е нестабилен и се разпада на протон и електрон с период на полуразпад T = 1.01 10 3 s. Във вътрешността на ядрото неутрон може да съществува за неопределено време.

През 1931-1933г. В. Паули, анализирайки разпадането, предполага, че по време на разпадането, в допълнение към протона и електрона, се излъчва още една неутрална частица с маса на покой = 0. Тази частица е наречена неутрино ()

Едва през 1956 г. К. Коуен и неговите колеги откриват антинеутрино (), образувано в ядрен реактор. Той беше "хванат" при изучаване на реакцията: р + v n + e +, неутриното предизвиква реакцията n + p + e -.

През 1937г. К. Андерсън и С. Недерман откриха заредени частици с маса 206,7 m e, тези частици бяха наречени -мезони ( + и -), които имат заряд от + e и -e. Тези частици сега се наричат -частици или -муни.

През 1947г. Английски учени С. Пауъл, Г. Окчалини и други откриха -мезони (-meson -първичният мезон, който се разпада, дава мюони)

Мезоните имат заряд + e и -e и техните маси са 273,2 m e. Малко по -късно през 1950 г. е открит неутрален -mezon (o), с маса 264,2 m e. В момента са известни три разновидности на -mesons: -, o, +, те взаимодействат интензивно с нуклони, лесно се произвеждат при сблъскване на нуклони с ядра, т.е. са ядрено активни. Понастоящем се смята, че β-мезоните са квантите на ядреното поле, отговорни за по-голямата част от ядрените сили.

От 1949-1950г. започна буквалната „инвазия“ на елементарни частици, броят им бързо нарастваше.

Новопоявилите се частици могат да бъдат разделени на две групи:

Първата група включва частици с маси от около 966 me и 974 me, сега те се наричат К-мезони. Известни K + и K - мезони с маси приблизително 966,3 me и електрически заряди + e и -e. Известни неутрални K-мезони (K o и K o) с маси от 974,5 me.

Втората група частици се нарича хиперони. Понастоящем са известни следните хиперони:

През 1955г. Открит е антипротонът, а през 1956 г. - антинейтронът.

През последните години бяха открити нови квазичастици (резонансни състояния) с необичайно кратък живот, от порядъка на 10 -22 -10 -23 сек. В този случай дори не е възможно да се фиксират следи от частици и тяхното съществуване може да бъде само съдени от косвени съображения, от поведението на анализа на техните продукти на разпадане.

През последните години беше открит втори вид неутрино, така нареченото неутрино (антинеутрино) мюонно и което се излъчва например по време на разпадането на -мезони;

III група- тежки частици или бариони

Тази група включва:

Нуклеони и техните античастици
Хиперони и техните античастици

Използването на термоядрена енергия по примера на инсталацията Tokamak

Учениците са поканени да отговорят на въпросите:

Каква ядрена реакция се нарича термоядрена? (Устно)
Как може да се проведе термоядрена реакция?
Обяснете принципа на работа на инсталацията "Tokamak". (Писмено с помощта на допълнителна литература)
Обяснете принципа на действие на лазерна инсталация за термоядрен синтез "(използвайки допълнителна литература в писмена форма)

Конспект на урока

по тази тема

"Концепция

за елементарни частици "

(11 клас)

Учител по физика

Черпита Валери Николаевич

GBOU училище 2051

Град Москва

Понятието за елементарни частици.

Класификация на елементарни частици.

/data/files/u1514922328.pptx (Презентация за урока по темата "Понятието за елементарни частици")

Цели на урока: да запознае учениците с елементарни частици като единствени представители на материята на ниво по -малко от 10¯ ¹⁵ m пространствени размери и разстояния; да разкрие общите свойства на елементарните частици, да даде тяхната класификация.

План на урока

Стъпки на урока	Време, мин	Методи и техники
Въведение: формулиране на образователни проблеми на урока	3 - 5	История и формулировка на учителя
Изучаване на нов материал: понятието за елементарни частици, класификация на частиците, кварки и др.	30 - 35	Историята на учителя, използваща елементи на разговор. Работа с урока. Учебни материали. Таблица. Записи в бележника
Обобщавайки, подчертавайки основното. Домашна работа	5 - 7	Разговор по въпроси. Формулиране на изводи

1. По време на курса по физика учениците многократно са се срещали с елементарни частици. Още на първия етап бяха изследвани електрони; освен това в много случаи е използвана концепцията за електрон. В квантовата физика учениците научиха за протона и неутрона.

Заключителните уроци могат да се провеждат под формата на училищни лекции, включително елементи на разговор, кратки изявления на учениците по конкретни въпроси. За да се поддържа познавателната активност на учениците в урока, е необходимо да се осигури промяна в тяхната дейност, да се комбинират информационни материали (история, съобщение) с репродуктивни (отговаряне на въпроси, самостоятелна работа с учебник) и проблемни (поставяне на проблем, поставяне напред хипотези и др.). Когато подготвяте уроци, трябва да се погрижите за визуални помагала, да подготвите таблици, снимки на песни и т.н. За многократното използване на въведените понятия за време, курсът вече не е в курса, следователно е необходимо новото да се свърже колкото е възможно по -рано.

2. Представяне на нов материал.Когато се задълбочихме в структурата на материята, науката откри молекули, атоми, установи, че атомът се състои от ядро и електрони и накрая установи сложната структура на ядрото, което включва протони и неутрони.

Ако вземем предвид структурата на материята, като вземем предвид тази информация, то в микросвета на нивото на малки разстояния, от порядъка на 10¯¹⁴ - 10 ¹ 1⁵ m, можем да заключим, че материята се състои от протони, неутрони и електрони. Но материята е представена в природата не само от материята, но и от електромагнитното поле. Електромагнитното поле също се състои от микрочастици - фотони.

Микрочастиците - фотони, електрони, протони, неутрони - се наричат елементарни частици. Думата „елементарна“ означава най -простата, основна материя: всички материални обекти - тела, полета - са съставени от тези частици. При въвеждането на този термин се приемаше, че вътрешната структура на елементарните частици отсъства, т.е. те вече не се състоят от нищо. Сега понятието елементарност е изяснено, което ще бъде разгледано по -долу.

Понастоящем са открити повече от 400 микрочастици, които са сходни по размер, маса, електрически заряд (и някои други свойства) с изброените по -горе. Всички те се наричат още елементарни.

Характерна особеност на повечето елементарни частици е тяхнатанестабилност... Всички частици, с изключение на фотоните в кухина, електрони, протони, неутрони (в ядрото) и неутрино частици, спонтанно се разпадат, като в крайна сметка се превръщат в стабилни. Тези процеси са подобни на радиоактивния разпад на ядрата. Средният живот на нестабилните елементарни частици са изключително краткотрайни или относително стабилни частици, чийто живот има10 ¯ ⁶ - 10 ¯ ¹⁴ s, aвъв всичко живеят частици10 ¯ ²² - 10 ¯ ²³ с.

Неутронът извън ядрото също е нестабилен: средният му живот е 16 минути, но в сравнение с живота на краткотрайните частици, това е много дълго време.

Ясно е, че ако Вселената веднъж е възникнала, тогава по време на своето съществуване до наши дни всички нестабилни елементарни частици биха се разпаднали, превърнали се в стабилни или изчезнали, отдавайки енергията си на топлинното движение на стабилни частици материя. Откъде идват краткотрайните частици? Те са открити и получени както в ядрени реакции, така и в различни реакции със стабилни елементарни частици. Реакция възниква, когато една елементарна частица се сблъска с друга или се разпадне спонтанно. В резултат на реакцията се образуват нови частици, настъпва взаимна трансформация на частиците.

Като пример за реакция на разлагане представяме следната реакция:

н → стр + д¯+ ṽ ,

където неутронът се разпада на протон, електрон и антинейтрино.

Антинейтрино и неутрино са частици с много ниска маса на покой, хиляди пъти по -малка от най -леката частица - електрон. Те са електрически неутрални. Неутрино е стабилна частица. Дълго време, след теоретично прогнозиране, действията на неутрино не могат да бъдат записани експериментално. Накрая, през 1956 г., реакцията е проведена

стр + ṽ → н + д˖

в които са се образували неутрон и положително зареден електрон - позитрон.

Позитронът се намира в експеримента, срещайки се с електрона - той „изчезва“ заедно с електрона:

д˖ + д¯ → 2y

Реакцията се наричаунищожениеелектронно положителна двойка; в резултат на това се образуват два фотона, които се записват от специални броячи.

Взаимна конвертируемостелементаренчастици във взаимодействия - тяхната втора характеристика.

Третата характеристика, присъща на всички елементарни частици, еналичието на близнак за всяка частица - античастица.Ако частицата е електрически заредена, тогава античастицата носи обратния заряд. Но има и античастици за незаредени частици. Когато се срещнат, взаимодействието на частица и античастица води до тяхното унищожаване, т.е. до изчезване, до превръщане във фотони или други частици. Понастоящем са открити античастици за почти всички известни частици, включително антипротон, антинейтрон. Дори е получен атом, състоящ се от античастици - антихелий, така че по принцип можем да говорим за възможността за съществуване на антиматерия. Комбинацията от материя с антиматерия трябва да доведе до преминаване на материята в поле, до унищожаване на материята в рамките на законите за запазване на енергията, инерцията и електрическия заряд; в този случай се отделя енергия, еквивалентна на масата на покойmc². Но в момента е известно, че Вселената се състои само от материя и в нея няма антиматерия, точно както няма или има много малко стабилни античастици.

След това трябва да дадетекласификация на елементарни частицис разделянето на всички частици по маса на класове: лептони, мезони, бариони. Когато разглеждаме и анализираме таблицата с елементарни частици, ние обръщаме внимание на техните характеристики: маси, заряди, времена на живот. Информираме ви, че таблицата съдържа основните частици - стабилни и относително стабилни. Много нестабилни частици - мезони и бариони, т.наррезонанси, - не е поставено в таблицата.

Обсъждане на размерите на частиците. Според съвременните данни фотоните и лептоните не разкриват разширение и вътрешна структура в експериментите. В това отношение те могат да бъдат класифицирани като наистина елементарни (първични) частици. Мезоните и барионите са около 10¯ ¹⁵ м. Експериментите за разсейване на електрони с много висока енергия от тях, подобни на тези на Ръдърфорд, водят до заключението, че има вътрешна структура от мезони и бариони. Можем да кажем, че те не са елементарни, а се състоят от поделементарни частици, т.наркварки.

Когато изучаваме елементарни частици, ние не докосваме второто макроскопично поле, което съществува в природата - гравитационното. Теоретично е установено, че на микрониво се състои от кванти на полето, т.наргравитони... Това, подобно на фотоните, частици без маса и заряд на покой. Въпреки това, гравитонът не е открит експериментално.

3. Обобщаване. Отражение

Домашна работа

Светът на елементарните частици

Урок в 11 клас

Целта на урока:

Образователни:

Да запознае учениците със структурата на елементарните частици, с особеностите на силите и взаимодействията вътре в ядрото; научете да обобщавате и анализирате придобитите знания, да изразявате правилно мислите си; насърчават развитието на мисленето, способността за структуриране на информацията; да култивираме емоционално-ценностна връзка със света

Развиващи се:

Продължете развитието на мисленето, способността да анализирате, сравнявате, да правите логически изводи.

Развивайте любопитство, способност да прилагате знания и опит в различни ситуации.

Образователни:

Развитие на интелектуални умения за работа в екип; възпитание на основите на моралното самосъзнание (мисъл: отговорност на учен, откривател за плодовете на своите открития);

Събудете интереса на учениците към научно -популярната литература, към изучаването на предпоставките за откриване на конкретни явления.

Целта на урока:

Създайте условия за развитие на интелектуални и комуникативни компетентности, в които ученикът ще може:

Назовете основните видове елементарни частици;

Разберете двусмислието на съвременния стандартен модел на света;

Формулирайте вашите идеи за историята на развитието на елементарни частици;

Анализирайте ролята на развитието на елементарната физика;

Класифициране на елементарни частици по техния състав;

Помислете за необходимостта да имате собствена позиция, толерирайте различна гледна точка;

Показвайте безконфликтна комуникация, когато работите в група.

Тип на урока:изучаване на нов материал.

Форма на урока:комбиниран урок.

Методи на урока:словесен, визуален, практически.

Оборудване:компютърна презентация, мултимедиен проектор, ученическа тетрадка, персонален компютър.

Стъпки на урока	Време, мин.	Методи и техники
1. Организационно въведение. Постановка на образователния проблем.		Записване на темата на урока. Историята на учителя.
2. Актуализиране на знания (студентско представяне)		Разказът на ученика за съществуващите знания, предпоставките за изучаване на нови неща.
3. Изучаване на нов материал (презентация на учителя)		Разказ на учителя с помощта на слайдове. Наблюдение. Разговор. Разказване на ученици с помощта на слайдове.
4. Разработване на изучения материал. Закрепване.		Консолидация чрез справочни бележки и работа с учебника. Отговори на въпроси за сигурност.
5. Обобщаване. Домашна работа		Разпределяне на основния учител, учениците.

По време на часовете

Организационен момент на урока(поздрав, проверка на готовността на учениците за урока)

Днес в урока ще разгледаме различни възгледи за устройството на света, от които частици се състои всичко, което ни заобикаля. Урокът ще бъде като лекция и повечето от вниманието се изисква от вас.

В началото на урока искам да представя на вашето внимание историята на възникването на учението за частиците.

2. Актуализиране на знанията. (Презентация от В. Алексахина „История на развитието на познанията за частиците“)

Слайд 2. Античен атомизъм- това е концепцията за устройството на света от учените от древността. Според идеите на Демокрит, атомите са били вечни, непроменени, неделими, частици, различни по форма и размер, които, свързвайки и разделяйки, образуват различни тела.

Слайд 3.Благодарение на откритието от учените Дирак, Галилей и Нютон на принципа на относителността, законите на динамиката, законите за съхранение, закона на всеобщата гравитация, през 17 век атомизмът на древните претърпява значителни промени и се утвърждава здраво в науката механична картина на света, което се основаваше на гравитационното взаимодействие - всички тела и частици са подложени на него, независимо от заряда.

Слайд 4.Знанията, натрупани при изучаването на електрически, магнитни и оптични явления, доведоха до необходимостта от допълване и развитие на картината на света. Така през 19 век и до началото на 20 век той започва да доминира електродинамична картина на света... Той вече разглежда два вида взаимодействие - гравитационно и електромагнитно. Но те не успяха да обяснят само топлинното излъчване, стабилността на атома, радиоактивността, фотоелектричния ефект, линейния спектър.

Слайд 5.В началото на 20-ти век се появява идеята за квантуване на енергията, която е подкрепена от Планк, Айнщайн, Бор, Столетов, както и дуализма на частиците с вълни на Луи дьо Бройл. Тези открития отбелязаха появата картина на света с квантово поле, в който също беше добавено силно взаимодействие. Започва активното развитие на физиката на елементарните частици.

3. Изучаване на нов материал

До тридесетте години на 20 -ти век структурата на света е представяна на учените в най -простата форма. Те вярвали, че "пълният набор" от частици, които съставляват цялата материя, е протон, неутрон и електрон. Следователно те бяха наречени елементарни. Тези частици включват и фотон - носител на електромагнитни взаимодействия.

Слайд 6.Съвременен стандартен модел на света:

Материята се състои от кварки, лептони и частици - носители на взаимодействие.

За всички елементарни частици има вероятност да бъдат открити античастици.

Дуализъм вълно-корпускула. Принципите на несигурност и квантоване.

Силните, електромагнитни и слабите взаимодействия се описват от теориите за голямо обединение. Това, което остава, е неограничената гравитация.

Слайд 7.Ядрото на атома се състои от адрони, които са изградени от кварки. Адроните са частици, участващи в силни взаимодействия.

Класификация на адрони: Мезоните се състоят от един кварк и един антикварк Барионите се състоят от три кварка - нуклони (протони и неутрони) и

хиперони.

Слайд 8.Кварките са основните частици, които съставляват адрони. Понастоящем са известни 6 различни вида (по -често се казва - аромати) на кварците. Кварките поддържат силни взаимодействия, участват в силни, слаби и електромагнитни. Те обменят помежду си глуони, частици с нулева маса и нулев заряд. Има антикварки за всички кварки . Те не могат да се наблюдават свободно. Те имат частичен електрически заряд: + 2 / 3e -наречени U -кварки (нагоре) и -1 / 3e -d -кварк (надолу).

Кварк състав на електрон - uud, състав на кварк на протон - udd

Слайд 9.Частиците, които не са част от ядрото, са лептони. Лептоните са фундаментални частици, които не участват в силни взаимодействия. Днес са известни 6 лептона и 6 от техните античастици.

Всички частици имат античастици. Лептони и техните античастици: електрон и позитрон с тях, електронно неутрино и антинеутрино. Мюон и анти-мюон с тях мюонно неутрино и антинейтрино. Таон и антитаон - таон неутрино и антинейтрино.

Слайд 10.Всички взаимодействия в природата са проявления от четири типа фундаментални взаимодействиямежду фундаментални частици - лептони и кварки.

Силно взаимодействиекварците са засегнати, а глюоните са неговите носители. Той ги свързва, за да образува протони, неутрони и други частици. Той косвено влияе върху свързването на протони в атомните ядра.

Електромагнитно взаимодействиезаредени частици са засегнати. В този случай под въздействието на електромагнитни сили самите частици не се променят, а само придобиват свойството да се отблъскват в случай на подобни заряди.

Слабо взаимодействиекварките и лептоните са засегнати. Най -известният ефект на слабо взаимодействие е трансформацията на низходящ кварк в възходящ кварк, което от своя страна води до разпадане на неутрона в протон, електрон и антинейтрино.

Един от най -съществените видове слабо взаимодействие е Хигс взаимодействие... Според предположенията, полето на Хигс (сив фон) запълва цялото течно пространство, ограничавайки обхвата на слабите взаимодействия. Също така, бозонът на Хигс взаимодейства с кварките и лептоните, осигурявайки съществуването на тяхната маса.

Гравитационно взаимодействие.Той е най -слабият известен. Тя включва всички без изключение частици и носители на всички видове взаимодействия. Осъществява се благодарение на обмена на гравитони - единствените частици, които все още не са открити експериментално. Гравитационното взаимодействие винаги е привличане.

Слайд 11.Много физици се надяват, че точно както е било възможно да се комбинират електромагнитните и слабите взаимодействия в електрослабите, с течение на времето ще бъде възможно да се изгради теория, която обединява всички известни видове взаимодействия, чието име е „Велико обединение“.

4 . Укрепване на знанията.

Първично закрепване(Презентация на Й. Гордиенко "Голям адронен колайдер". Съвременните учени се опитват да подобрят процеса на изучаване на частици, за да постигнат нови открития за научно -техническия прогрес. За това се изграждат грандиозни изследователски центрове и ускорители. Един от такива грандиозна структура е Големият адронен колайдер.

Окончателна консолидация(групова работа: отговори на въпроси от учебника)

Вие сте разделени на две групи: ред 1 и ред 2. Имате задача на листовете: трябва да отговорите на въпросите и ще намерите отговорите в учебника в параграф 28 (стр. 196 - 198).

Задачи на първата група:

Колко основни частици има? (48)

Кварковият състав на електрона? (ууд)

Избройте двете най -силни взаимодействия (силно и електромагнитно)

Общ брой глюони? (осем)

Задачи на втората група:

Колко частици са в сърцето на Вселената? (61)

Кварковият състав на протона? (udd)

Избройте двете най -слаби взаимодействия (слабо и гравитационно)

Какви частици осъществяват електромагнитно взаимодействие? (фотон)

Озвучаване от ръководители на групи на отговори на въпроси и размяна на карти.

Обобщение на урока.

Запознахте се с някои аспекти от развитието на съвременната физика и сега имате елементарни представи за посоката, в която се развива нашата наука и защо имаме нужда от нея.

6. Домашна работа. Клауза 28.

Задачи на първата група:

1. Колко основни частици има общо? ______________

2. Кварковият състав на електрона? ____________

3. Избройте двете най -силни взаимодействия ______

4. Общ брой глюони? _______

___________________________________________________________________

Задачи на втората група:

1. Колко частици са в сърцето на Вселената? ________

2. Кварковият състав на протона? ___________

___________________________________________________________________

Задачи на първата група:

1. Колко основни частици има общо? __________

2. Кварковият състав на електрона? __________

3. Избройте двете най -силни взаимодействия __________________________________________________________________________

4. Общ брой глюони? _________

___________________________________________________________________

Задачи на втората група:

1. Колко частици са в сърцето на Вселената? ____________

2. Кварковият състав на протона? _____________

3. Избройте двете най -слаби взаимодействия ______________________

4. Какви частици осъществяват електромагнитно взаимодействие? ______

___________________________________________________________________

Задачи на първата група:

1. Колко основни частици има общо? _____________

2. Кварковият състав на електрона? ______________

3. Избройте двете най -силни взаимодействия ________________________________________________________________________

4. Общ брой глюони? _____

___________________________________________________________________

Задачи на втората група:

1. Колко частици са в сърцето на Вселената? ______

2. Кварковият състав на протона? _________

3. Избройте двете най -слаби взаимодействия _______________________

4. Какви частици осъществяват електромагнитно взаимодействие? _______

Общинска бюджетна образователна институция -

средно училище номер 7 в Белгород

Отворен урок по физика

11 клас

"Елементарни частици"

Подготвено и проведено:

Учител по физика

Полщикова А.Н.

Белгород 2015 г.

Тема: Елементарни частици.

Тип на урока: урок за изучаване и първично затвърдяване на нови знания

Метод на преподаване:лекция

Форма на ученическа дейност: челен, колективен, индивидуален

Целта на урока: разширяване на разбирането на учениците за структурата на материята; разгледайте основните етапи в развитието на физиката на елементарните частици; да даде представа за елементарни частици и техните свойства.

Цели на урока:

Образователни : да запознае учениците с понятието - елементарна частица, с типологията на елементарните частици, както и с методи за изследване на свойствата на елементарните частици;

Развиващи се: развиват познавателния интерес на учениците, осигурявайки осъществимото им включване в активна познавателна дейност;

Образователни: възпитание на общочовешки качества - осъзнаване на възприемането на научните постижения в света; развитие на любопитство, издръжливост.

Оборудване за урока:

Дидактически материали: учебни материали, тестови карти и таблици

Нагледни помагала: Презентация

По време на часовете

(Презентация)

1. Организация на началото на урока.

Дейност на учителя: взаимни поздрави на учителя и учениците, фиксиране на учениците, проверка на готовността на учениците за урока. Организиране на вниманието и включване на учениците в бизнес ритъма на работа.

Прогнозирана ученическа дейност: организация на вниманието и включване в бизнес ритъма на работа.

2. Подготовка за основния етап на урока.

Дейност на учителя: днес ще започнем да изучаваме нов раздел от "Квантова физика" - "Елементарни частици". В тази глава ще говорим за първичните, по -нататък неразградими частици, от които е изградена цялата материя, за елементарни частици.

Физиците откриват съществуването на елементарни частици при изучаването на ядрените процеси, следователно до средата на 20 -ти век физиката на елементарните частици е клон на ядрената физика. Понастоящем физиката на елементарните частици и ядрената физика са близки, но независими клонове на физиката, обединени от общността на много от разглежданите проблеми и използваните методи на изследване.

Основната задача на физиката на елементарните частици е изследването на природата, свойствата и взаимните трансформации на елементарни частици.

Това ще бъде и нашата основна задача при изучаването на физиката на елементарните частици.

3. Усвояване на нови знания и методи на действие.

Дейност на учителя: Тема на урока: „Етапи на развитие на физиката на елементарните частици“. В урока ще разгледаме следните въпроси:

Историята на развитието на идеите, че светът се състои от елементарни частици

Какво представляват елементарните частици?

Как може да се получи отделна елементарна частица и възможно ли е това?

Типология на частиците.

Идеята, че светът се състои от фундаментални частици, има дълга история. Днес има три етапа в развитието на физиката на елементарните частици.

Нека отворим урока. Нека се запознаем с имената на етапите и времевите рамки.

Етап 1. От електрон до позитрон: 1897 - 1932

Етап 2. От позитрон до кварки: 1932 - 1964

Етап 3. От хипотезата за кварките (1964 г.) до наши дни.

Дейност на учителя:

Етап 1.

Елементарно, т.е. най -простият, неделим по -нататък, ето как атома си е представял известният древногръцки учен Демокрит. Нека ви напомня, че думата "атом" в превод означава "неделим". За първи път идеята за съществуването на най -малките, невидими частици, които съставляват всички околни обекти, е изразена от Демокрит 400 години преди нашата ера. Науката започва да използва понятието атоми едва в началото на 19 век, когато на тази основа е възможно да се обяснят редица химични явления. И в края на този век беше открита сложната структура на атома. През 1911 г. е открито атомното ядро (Е. Ръдърфорд) и накрая е доказано, че атомите имат сложна структура.

Нека си спомним момчетата: какви частици са включени в атома и накратко да ги характеризират?

Прогнозирана ученическа активност:

Дейност на учителя: момчета, може би някой си спомня от вас: от кого и в кои години бяха открити електронът, протонът и неутронът?

Прогнозирана ученическа активност:

Електрон.През 1898 г. Дж. Томсън доказва реалността на съществуването на електрони. През 1909 г. Р. Миликан за първи път измерва заряда на електрон.

Протон... През 1919 г. Е. Ръдърфорд, докато бомбардира азота с частици, открива частица, чийто заряд е равен на заряда на електрона, а масата е 1836 пъти по -голяма от масата на електрона. Частицата е наречена протон.

Неутрон. Ръдърфорд също предполага съществуването на частица без заряд, чиято маса е равна на масата на протона.

През 1932 г. Д. Чадуик открива предложената от Ръдърфорд частица и я нарече неутрон.

Дейност на учителя: след откриването на протона и неутрона стана ясно, че ядрата на атомите, подобно на самите атоми, имат сложна структура. Появи се теорията за структурата на ядрата протон-неутрон (Д. Д. Иваненко и В. Хайзенберг).

През 30 -те години на XIX век в теорията на електролизата, разработена от М. Фарадей, се появява концепцията за йон и се извършва измерването на елементарния заряд. Краят на XIX век - в допълнение към откриването на електрона, бе белязан от откриването на явлението радиоактивност (А. Бекерел, 1896). През 1905 г. физиката разработва концепцията за квантите на електромагнитното поле - фотоните (А. Айнщайн).

Нека си припомним: какво се нарича фотон?

Прогнозирана ученическа активност: Фотон (или квант на електромагнитно излъчване) - елементарна лека частица, електрически неутрална, лишена от маса на покой, но притежаваща енергия и инерция.

Дейност на учителя: отворените частици се считат за неделими и непроменени първоначални единици, основните градивни елементи на Вселената. Това мнение обаче не продължи дълго.

Етап 2.

През 30 -те години на миналия век бяха открити и изследвани взаимни трансформации на протони и неутрони и стана ясно, че тези частици също не са неизменни елементарни „градивни елементи“ на природата.

В момента са известни около 400 субядрени частици (частици, от които са съставени атоми, които обикновено се наричат елементарни). По -голямата част от тези частици са нестабилни (елементарните частици се трансформират една в друга).

Единствените изключения са фотони, електрони, протони и неутрино.

Фотонът, електронът, протонът и неутриното са стабилни частици (частици, които могат да съществуват в свободно състояние за неограничено време), но всяка от тях, когато взаимодейства с други частици, може да се превърне в други частици.

Всички други частици на редовни интервали претърпяват спонтанни трансформации в други частици и това е основният факт от тяхното съществуване.

Споменах още една частица - неутрино. Какви са основните характеристики на тази частица? Кой и кога е отворен?

Прогнозирана ученическа дейност: Неутрино е частица, лишена от електрически заряд, а масата на покой е равна на 0. Съществуването на тази частица е предсказано през 1931 г. от В. Паули, а през 1955 г. частицата е регистрирана експериментално. Тя се проявява в резултат на неутронен разпад:

Дейност на учителя: нестабилните елементарни частици са много различни една от друга по отношение на живота.

Най-дългоживеещата частица е неутронът. Животът на неутроните е около 15 минути.

Други частици "живеят" за много по -кратко време.

Има няколко десетки частици с живот над 10 -17 с. В мащаба на микросвета това е значително време. Такива частици се наричатотносително стабилен .

Мнозинство краткотраен елементарните частици имат живот от порядъка на 10-22 -10 -23 стр.

Способността за взаимно преобразуване е най -важното свойство на всички елементарни частици.

Елементарните частици могат да се раждат и унищожават (излъчват и абсорбират). Това важи и за стабилни частици с единствената разлика, че трансформациите на стабилни частици не настъпват спонтанно, а при взаимодействие с други частици.

Пример еунищожение (т.е. изчезване ) електрон и позитрон, придружени от производството на високоенергийни фотони.

Позитронът е (античастицата на електрон) положително заредена частица, която има същата маса и същия (по модул) заряд като електрон. Ще поговорим за неговите характеристики по -подробно в следващия урок. Да кажем само, че съществуването на позитрона е предсказано от П. Дирак през 1928 г., а К. Андерсън го открива през 1932 г. в космическите лъчи.

През 1937 г. в космическите лъчи са открити частици с маса 207 електронни маси, т.нармюони ( -мезони ). Среден живот-мезонът е 2,2 * 10-6 с.

След това през 1947-1950 г. се откриватбожури (т.е. -мезони). Среден живот на неутрала-мезон -0,87 10 -16 s.

През следващите години броят на новооткритите частици започва да расте бързо. Това беше улеснено от изследванията на космическите лъчи, развитието на ускорителната технология и изучаването на ядрените реакции.

Съвременните ускорители са необходими за осъществяване на процеса на създаване на нови частици и за изследване на свойствата на елементарните частици. Първоначалните частици се ускоряват в ускорителя до високи енергии "при сблъсък" и се сблъскват помежду си на определено място. Ако енергията на частиците е висока, тогава в процеса на сблъсък се раждат много нови частици, обикновено нестабилни. Тези частици, разпръскващи се от точката на сблъсък, се разпадат на по -стабилни частици, които се регистрират от детекторите. За всеки такъв акт на сблъсък (физиците казват: за всяко събитие) - и те се регистрират в хиляди в секунда! -експериментаторите в резултат определят кинематичните променливи: стойностите на импулсите и енергиите на „уловените“ частици, както и техните траектории (виж фигурата в учебника). След като са събрали много събития от същия тип и са проучили разпределението на тези кинематични величини, физиците реконструират как протича взаимодействието и какъв тип частици могат да бъдат приписани на получените частици.

Етап 3.

Елементарните частици са групирани в три групи: фотони , лептони и адрони (Приложение 2).

Момчета, кажете ми частиците, принадлежащи към групата фотони.

Прогнозирана ученическа активност: Към групата фотони има само една частица - фотон

Дейност на учителя: следващата група се състои от леки частицилептони .

: тази група включва два вида неутрино (електрон и муон), електронни и? -мезони

Дейност на учителя: лептоните също включват редица частици, които не са изброени в таблицата.

Третата голяма група се състои от тежки частици, наречени адрони... Тази група е разделена на две подгрупи. По -леките частици съставят подгрупа мезони .

Прогнозирана ученическа активност: най -леките от тях са заредени положително и отрицателно, както и неутрални -мезони. Божурите са кванти на ядреното поле.

Дейност на учителя: втора подгрупа -бариони - включва по -тежки частици. Той е най -обширният.

Прогнозирана ученическа активност: най -леките от барионите са нуклони - протони и неутрони.

Дейност на учителя: те са последвани от така наречените хиперони. Затварянето на таблицата е омега-минус-хиперон, открит през 1964 г.

Изобилието от открити и новооткрити адрони доведе учените до идеята, че всички те са изградени от някои други по -фундаментални частици.

През 1964 г. американският физик М. Гел -Ман изказва хипотеза, потвърдена от последващи изследвания, че всички тежки фундаментални частици - адрони - са изградени от по -фундаментални частици, нареченикварки.

От структурна гледна точка елементарните частици, които изграждат атомни ядра (нуклони), и като цяло всички тежки частици - адрони (бариони и мезони) - се състоят от още по -прости частици, които обикновено се наричат фундаментални. В тази роля наистина фундаменталните първични елементи на материята са кварките, чийто електрически заряд е +2/3 или -1/3 от единичния положителен заряд на протона.

Най -често срещаните и най -леките кварки се наричат нагоре и надолу кварки и означават съответно u (от английски нагоре) и d (надолу). Понякога те се наричат още протонни и неутронни кварки поради факта, че протонът се състои от комбинация от uud и неутрона - udd. Up quark има заряд от +2/3; отдолу - отрицателен заряд -1/3. Тъй като протонът се състои от два нагоре и един надолу, а неутронът се състои от един нагоре и два надолу кварка, можете независимо да проверите дали общият заряд на протон и неутрон се оказва строго равен на 1 и 0.

Другите две двойки кварки са част от по -екзотичните частици. Кварките от втората двойка се наричат очаровани - c (от очаровани) и странни - s (от странни).

Третата двойка се състои от истинските - t (от истината или в английската традиция на върха) и красивите - b (от красотата, или в английската традиция на дъното) кваркове.

Почти всички частици, състоящи се от различни комбинации от кварки, вече са открити експериментално.

С приемането на хипотезата за кварка беше възможно да се създаде хармонична система от елементарни частици. Многобройни търсения на кварки в свободно състояние, извършени с ускорители с висока енергия и в космически лъчи, бяха неуспешни. Учените смятат, че една от причините за незабележимостта на свободните кварки вероятно са техните много големи маси. Това предотвратява производството на кварки при енергиите, които се постигат със съвременните ускорители.

Въпреки това през декември 2006 г. странно съобщение за откриването на „безплатни топ-кварки“ премина през емисиите на научни информационни агенции и медии.

4. Първоначална проверка на разбирането.

Дейност на учителя: така че момчета, ние покрихме с вас:

основни етапи в развитието на физиката на елементарните частици

установи коя частица се нарича елементарна

запознаха се с типологията на частиците.

В следващия урок ще разгледаме:

по -подробна класификация на елементарни частици

видове взаимодействия на елементарни частици

античастици.

Сега ви предлагам да направите тест, за да съживите в паметта си основните моменти от материала, който сме изучавали. (Приложение 3).

5. Обобщаване на резултатите от урока.

Дейност на учителя: Оценяване на най -активните ученици.

6. Домашна работа

Дейност на учителя:

1.§ 114 - 115

2. резюме.